Пакер Советский патент 1988 года по МПК E21B33/12 

(Л

NU

05

со

С5

жины. Между шайбами 10 и 11 размещены элементы ограниченной жесткости в виде распорных колец 22 из материала с более низкой прочностью при сжатии, чем материал УЭ 4. Внутренние кромки шайб 10, 11 отогнуты в сторону УЭ 4. Причем элементы ограниченной жесткости м.б. выполнены в виде кольцевых выступов на доньях 14 шайб 11. При достижении пакером заданной глубины происходит сжатие УЭ 4 и затем деформация колец 22. Шайбы 10, 11 под действием осевой нагрузки соприкасаются доньями 12, 14. Нагрузка передается УЭ 4, который деформируется и разгибает конусные части 13 шайб 10, 11. В итоге УЭ 4 оказывается в замкнутом кольцевом пространстве. Шайбы 10 образуют консольные опоры, предотвращающие натекание материала УЭ 4 на опоры 2, 3. Шайбы 11 герметично перекрывают соответствующие зазоры и исключают экструзию через них материала УЭ 4. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей пром-ти и позволяет повысить надежность пакера за счет исключения преждевременного срабатывания его при спуске в скважину. Пакер включает полый цилиндрический шток 1 с верхней 3 и нижней 2 опорами, установленный на штоке 1 уплотнительный элемент (УЭ) 4, ограниченный с торцов пакетами 8, 9 антиэкструзион- ных шайб, содержащими опорнь1е 10 и дополнительные 11 уплотнительные шайбы с наружным диаметром, большим диаметра сква

1

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к устройствам для разобщения затрубного пространства эксплуатационных и нагнетательных скважин, а также может быть использовано в паронагнетательных скважинах.

Цель изобретения - повыщение надежности пакера за счет исключения преждевременного срабатывания его при спуске в скважину.

На фиг. 1 представлен пакер в транспортном положении; на фиг. 2 - то же, в рабочем положении; на фиг. 3 - дополнительная антиэкструзионная уплотнительная шайба с распорным кольцом, аксонометрия (с вырезом); на фиг. 4 - то же, с кольцевым выступом на дне, аксонометрия (с вырезом); на фиг. 5 - развертка шайбы.

Пакер (фиг. 1) включает полый цилиндрический шток 1 с опорами 2 и 3, уп- лотнительный элемент 4 из пластичного материала, например фторопласта, выполненный в виде толстостенной втулки с наружной 5 и внутренней 6 фасками и торцовыми поверхностями 7. На штоке 1 между опорами 2 и 3 и уплотнительным элементом 4 установлены нижний 8 и верхний 9 пакеты антиэкструзионных шайб, состоящие из опорных щайб 10 и дополнительных шайб 11 плотности, выполненных из тонкого (толщиной 0,6-0,8 мм) листового металла, например из ст. 3, в виде тарелок. Опорные шайбы 10 состоят из плоских доньев 12 и конусных частей 13. Уплотнительные шайбы 11 состоят из доньев 14, конусных частей 15 и внутренних отогнутых частей 16. Наружные конусные части антиэкструзионных шайб 10 и 11 выполнены под углом а к оси шайбы, равным 65-70°, а внутренние отогнутые части 16 уплотнительных шайб 11 - под углм р, равным 25-30°.

Наружные фаски 5 уплотнительного элемента 4 выполнены также под углом а, а внутренние фаски 6 - под углом р.

Антиэкструзионные уплотнительные щай- бы 11 выполнены из развертки (фиг. 5) путем сгибания лепестков 17 по линии сгиба на угол а таким образом, чтобы края 18 лепестков 17 смыкались, образуя конусную часть

15 тарелки уплотнительной шайбы 11, а ее наружный диаметр становился на 1 -1,5 мм меньше габаритного диаметра пакера для обеспечения свободного его прохождения в скважине. Размер лепестков 17 развертки

0 выбран таким образом, чтобы ее наружный диаметр был на 8-10 мм больше диаметра d, равного внутреннему диаметру обсадной колонны, в которой устанавливается пакер, за счет периферийных частей 19.

5 Края 20 внутреннего отверстия развертки уплотнительной шайбы 11 шириной 2-3 мм подгибаются в ту же сторону, что и лепестки 17, на угол р, образуя внутренние отогнутые части 16, причем диаметр внутренQ него отверстия развертки должен быть на 4--6 мм меньше диаметра di, равного диаметру штока 1.

При выполнении пакера с уплотнитель- ными шайбами 11 (фиг. 3) на донья 12 и 14 шайб 10 и 11 укладываются рас5 порные кольца 22 из материала с меньшим, чем материал уплотнительного элемента 4, пределом прочности при сжатии. Например, при выполнении уплотнительного элемента 4 из-фторопласта-4 с пределом прочности при сжатии 50-60 МПа распорные кольца 22

0 выполняются из полиэтилена высокого давления с пределом прочности при сжатии 12,5 МПа.

При выполнении пакера с уплотнитель- ными шайбами 11 (фиг. 4) по доньям 14 шайб 11 выдавливаются кольцевые выступы 21, пре5 дел прочности при сжатии которых при толщине доньев 14 0,6-0,8 мм составляет 12-16 МПа.

Антиэкструзионные опорные шайбы 10 выполнены из развертки, наружный диаметр который меньше внутреннего диаметра обсадной колонны на 1-2 мм, а диаметр внутреннего отверстия обеспечивает свободное движение шайбы 10 по штоку 1. Лепестки развертки шайбы 10 отгибаются на угол а по линии сгиба такого же диаметра, как и лепестки 17 шайбы 11, а внутреннее отверстие шайбы 10 остается без изменений.

Шайбы 10 и 11 собраны в нижний 8 и верхний 9 пакеты антиэкструзионных шайб и надеты вместе с уплотнительным элементом 4 на шток 1 следуюш,им образом: ближе к уплотнительному элементу 4 установлены с обеих сторон уплотнительные шайбы 11 в количестве как минимум по две таким образом, что их прорези перекрываются для исключения зазоров, а затем установлены опорные шайбы 10 в количестве по штук в каждом пакете 8 и 9, причем их прорези могут совпадать.

В свободных пространствах между доньями 12 и 14 антиэкструзионных шайб 10 и 11 имеются элементы ограниченной жесткости в виде распорных колец 22 или кольцевых выступов 21, высота которых подобрана таким образом, что шайбы 10 и 11 опираются друг на друга своими доньями 12 и 14 через распорные кольца 22 или кольцевые выступы 21, а не конусными частями 13 и 15.

Конусные части 15 и внутренние отогнутые части 16 шайб 11, соприкасаюш,ихся с уплотнительным элементом 4, также опираются на соответствующие им поверхности наружных 5 и внутренних 6 фасок уплотни- тельного элемента 4, а донья 14 шайб 11 опираются на торцовые поверхности 7 уплотни- тельного элемента 4 через распорные кольца 22 или кольцевые выступы 21.

Пакер работает следуюшим образом.

Собранные в нижний 8 и верхний 9 пакеты антиэкструзионные опорные шайбы 10 и уплотнительные шайбы 11, оснаш.енные приспособлениями ограниченной жесткости в виде распорных колец 22 или кольцевых выступов 21, свободно надетые на шток 1 вместе с уплотнительным элементом 4, образуют с последним жесткую систему, несжимаемую под действием усилий, не связанных с усилиями пакеровки, а возникающих, например, при сборке пакера или спуска его в скважину к месту установки при трении о стенки обсадной колонны или о муфтовые соединения. Жесткость всей уплотни- гельной системы не позволяет антиэкстру- зионным шайбам 10 и 11 преждевременно разгибаться, выходить за габаритный диаметр пакера и цепляться за внутреннюю поверхность обсадной колонны, что привело бы к преждевременному разрушению их и выходу из строя.

Пакер спускается в скважину на колонне насосно-компрессорных труб. При достижении пакером заданной глубины производится сжатие уплотнительного элемента 4 и деформирование его в осевом направлении воздействием подвижной опоры 3, на которую, в свою очередь, действует вес колонны труб.

В начальный момент действия осевой нагрузки уплотнительный элемент 4 несколько сжимается за счет усилий, передаваемых от опоры 3 через верхний пакет 9 и воспринимаемых опорой 2 через нижний пакет 8 шайб

10и 11. После превышения давлением от осевой нагрузки предела прочности при сжатии элементов ограниченной жесткости в виде распорных колец 22 или кольцевых выступов 21 эти элементы деформируются, материал распорных клец 22 выдавливается в первоначальные зазоры между анти- экструзионными шайбами 10 и 11 и внутрен5 ней поверхностью обсадной колонны, или кольцевые выступы 21 вдавливаются до принятия доньями шайб 10 и 11 плоского состояния.

После деформации элементов ограниченной жесткости в виде распорных колец 22

0 или кольцевых выступов 21 антиэкструзионные шайбы 10 и 11 под действием осевой нагрузки приходят в соприкосновение своими доньями 12 и 14, осевая нагрузка через опираюшиеся друг на друга донья 12

5 и 14 шайб передается уплотнительному элементу 4, который, при превышении давлением от осевой нагрузки предела прочности при сжатии его материала деформируется в осевом направлении и разгибает конусные части 13 и 15 антиэкструзионных

0 шайб 10 и 11. Последние разгибаются до плоского состояния и приходят в соприкосновение всей своей поверхностью. При этом опорные шайбы 10 разгибаются до первоначального состояния развертки, таким образом увеличивая радиус нижней опоры 2 па5 кера, а шайбы 11 разгибаются таким образом, что их периферийная часть 19 изгибается до упора во внутреннюю поверхность обсадной колонны. При этом изогнутые концы лепестков 17 прижимаются к обсадной колонне деформированным материа лом уплотнительного элемента 4. Таким же образом внутренние отогнутые части шайб

11прижимаются к поверхности штока 1. Остальная часть шайб 11 плоско прижимается к шайбам 10.

с Таким образом, деформированный под действием осевой нагрузки уплотнительный элемент 4 оказывается в замкнутом кольцевом пространстве, ограниченном сверху и снизу пакетами 8 и 9 антиэкструзионных шайб 10 и 11. При этом пакеты шайб 10 об0 разуют консольные опоры, предотвращающие натекание материала уплотнительного элемента на опоры 2 и 3, а загнутые наружные и внутренние края шайб 11, концы которых прижаты соответственно к внутренней поверхности обсадной колонны и к

5 наружной поверхности штока 1, герметично перекрывают соответствующие зазоры и исключают экструзию через них материала уплотнительного элемента 4.

Выполнение пакера с пакетами антиэкст- рузионных шайб с уплотнительными шайбами, наружный диаметр которых в развертке больше на 8-10 мм внутреннего диаметра обсадной колонны в месте установки пакера и больше наружного диаметра в развертке опорных шайб, которые, в свою очередь, меньше внутреннего диаметра обсадной колонны, позволяет исключить вытекание материала уплотнительного элемента в зазоры между деталями, огра- ничиваюш,ими уплотнительный элемент с торцов, и внутренней поверхностью обсадной колонны при работе пакера в условиях высоких температур и давлений. Выполнение уплотнительных шайб с внутренним диаметром развертки, меньшим наружного диаметра штока пакера, позволяет исключить вытекание материала уплотнительного элемента в зазоры между внутренними поверхностями антиэкструзионных шайб и штоком. А размеш.ение между доньями антиэкструзион- ных шайб элементов ограниченной жесткости в виде распорных колец или снабжение доньев шайб кольцевыми выступами исключает вероятность выхода из строя антиэкструзионных шайб при сборке пакера, транспортировке или спуске в скважину.

Все это повышает надежность работы пакера при изоляции им затрубного пространства эксплуатационных и нагнетатель

фчг. 2

ных скважин, в частности, при паро- тепловом воздействии на пласт.

Формула изобретения

01/. J

18

-21

Фи2.414

IB

20

Аиния zuSa